CN102071357A - 富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋及冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋及冶炼方法,所述高强度抗震钢筋具有下列质量分数的化学成分:C:0.20~0.25wt%,Si:0.35~0.55wt%,Mn:1.35~1.58wt%,V:0.013~0.025wt%,Nb:0.019~0.032wt%,N:0.065~0.085wt%,S≤0.040wt%,P≤0.040wt%,其余为Fe及不可避免的不纯物。通过增N和降V、Nb,使微合金V、Nb的强化效果得到充分发挥,铌铁、钒氮合金加入量减少,节约了贵重合金加入量;和传统钒氮合金微合金化500MPa高强度钢筋相比,该工艺合金化成本同比降低65~75元/t钢,经济效益显著,工艺生产成本低、适应性及控制性强,生产的500MPa、550MPa高强度钢筋广泛适应于高层、大型建筑工程,其抗震性和焊接性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶炼方法,尤其是一种富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋的冶炼方法,属于炼钢技术领域。
背景技术
500MPa及以上级别的高强度抗震钢筋具有强度高、安全储备量大、抗震性能好、节省钢材用量、施工方便等优越性,适合应用在高层、大跨度和抗震建筑中,是一种更节约、更高效的新型建筑材料。目前欧盟、美国、新西兰、澳大利亚等国普遍采用500MPa及以上级别钢筋作为其建筑主力级别钢筋。为了适应建筑业飞速发展的需求,加快建筑用钢材的更新换代,近年来中国及地方相关部门相继出台了一系列文件促进500MPa高强度抗震钢筋的研制和推广应用,国内一些钢厂积极开展了500MPa高强度抗震钢筋的生产。
目前国内500MPa及以上级别高强度抗震钢筋主要采用钒氮微合金化工艺进行冶炼,主要依靠微合金V(CN)第二相析出强化作用来提高钢筋强度。上述钢筋原料的炼钢生产通常是在转炉上完成的,其钢水中N含量偏低(只有40~50ppm),尽管采用了钒氮微合金化工艺,但由于合金中V/N比不理想,合金化后钢水中的N含量仍偏低,V、N化合物的过饱和度不够,造成钢中V/N比明显高于理想化学配比,部份钒以固溶形式存在,V(CN)第二相析出量相对较少,V的强化效果未得到充分发挥,最终导致了部份V资源的浪费和生产成本增高,挤占了企业的利润空间,不利于500MPa及以上级别高强度抗震钢筋的生产和推广应用。
发明内容
为降低500MPa及以上级别高强度抗震钢筋生产成本,充分利用有限的V资源,并充分发挥V的强化效果,本发明提供一种富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋的冶炼方法。
本发明通过在转炉冶炼脱氧合金化过程中,加入增氮剂、铌铁、钒氮合金,以适当提高钢水中的N含量,降低钢中的V/N、Nb/N比,增加细小弥散的V(CN)、Nb(CN)析出相,充分发挥微合金第二相析出强化作用,通过钢中增N和降低V、Nb含量,进而降低微合金铌铁及钒氮合金加入量,最终达到降低生产成本的目的。
本发明提供的是这样一种富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋,具有下列质量分数的化学成分:
C:0.20~0.25wt%, Si:0.35~0.55wt%,
Mn:1.35~1.58wt%, V:0.013~0.025wt%,
Nb:0.019~0.032wt%,N:0.065~0.085wt%,
S≤0.040wt%, P≤0.040wt%,
其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明提供的富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋的冶炼方法,经过下列步骤:
A、将温度≥1250℃的铁水、废钢及生铁按常规加入LD氧气转炉中,进行顶底复合吹炼,同时按常规加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球、化渣剂进行造渣,控制渣量为60~70kg/t钢;
B、冶炼至终点并控制:终点碳含量≥0.05%,出钢温度为1670~1700℃,终渣∑FeO%≤25%;
C、在吹氮及搅拌条件下出钢,同时:
先按0.60~0.85kg/t钢的量,将Si含量为28.6wt%,Ca含量为12.3wt%,Ba含量为9.4wt%的复合脱氧剂投入钢包底;
出钢至1/4~1/3时,按18.9~19.6kg/t钢的量,加入Mn含量为75.0~77.5wt%的锰铁,以及按7.8~8.2kg/t钢的量,加入Si含量为72.0~74.0wt%的硅铁,并在出钢至3/4前加完;
在最后出钢过程中,按0.30~0.50kg/t钢的量,加入Nb含量为65.0~67.5wt%的铌铁,以及按0.17~0.30kg/t钢的量,加入粒度为15~20mm,V含量为77.5~79.5%,N含量为12.0~15.0%,C含量为3.0~3.5%,P≤0.15%,S≤0.040%,余量为Fe的钒氮合金,再按0.70~1.10kg/t钢的量,加入粒度为15~25mm,N含量为9.0~11.5%,C含量为2.0~2.5%,Mn含量为42~44%,Si含量为21~23%,P≤0.20%,S≤0.045%,余量为Fe的增氮剂;
D、出钢完毕,向钢包中的钢水中吹入常规量的氮200~400秒,之后按常规加入钢包覆盖剂,再按常规进行浇铸,得化学成分如下的钢坯:
C:0.20~0.25wt%, Si:0.35~0.55wt%,
Mn:1.35~1.58wt%, V:0.013~0.025wt%,
Nb:0.019~0.032wt%,N:0.065~0.085wt%,
S≤0.040wt%, P≤0.040wt%,
其余为Fe及不可避免的不纯物。
本发明具有下列优点和效果:炼钢过程采用增氮剂、铌铁、钒氮合金微合金化工艺,操作简单,钢中Nb、V、N含量稳定;由于钢水中加入了增氮剂,生成了足够的N,增加了Nb、V、N化合物的过饱和度,提高了钢中Nb(CN)、V(CN)细小析出相的数量和比例,充分发挥了微合金元素Nb、V的析出强化作用;增N和降V、Nb工艺使微合金元素Nb、V的强化效果得到充分发挥,钢中Nb、V含量减少,节约了微合金铌铁、钒氮合金加入量;该工艺冶炼和传统钒氮微合金化500MPa高强度钢筋相比,合金化成本降低65~75元/t钢,经济效益显著,有利于我国高强度钢筋的生产和推广应用。
本发明工艺具有生产成本低、工艺适应性及控制性强等优点,生产的500MPa、550MPa高强度钢筋广泛适应于高层、大型建筑工程,其抗震性和焊接性能良好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
A、将温度为1275℃的铁水、废钢及生铁按常规加入50吨LD氧气转炉后进行顶底复合吹炼,同时按常规加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球、化渣剂进行造渣,渣量控制为60kg/t钢,采用双渣法吹炼;
B、冶炼至终点并控制:终点碳含量为0.05%,出钢温度为1670℃,终渣(∑FeO%)≤22%,出钢采用挡渣锥挡渣出钢,钢包渣层厚度≤45mm;
C、在吹氮及搅拌条件下出钢,同时:
先按0.60kg/t钢的量,将Si含量为28.6wt%,Ca含量为12.3wt%,Ba含量为9.4wt%的复合脱氧剂投入钢包底;
出钢至1/4时,按18.9kg/t钢的量,加入Mn含量为75.0wt%的锰铁,以及按7.8kg/t钢的量,加入Si含量为72.0wt%的硅铁,并在出钢至3/4前加完;
在最后出钢过程中,按0.30kg/t钢的量,加入Nb含量为65.0wt%的球状铌铁,以及按0.17kg/t钢的量,加入粒度为15mm,V含量为77.5%,N含量为12.0%,C含量为3.0%,P≤0.15%,S≤0.040%,余量为Fe的球状钒氮合金,再按0.70kg/t钢的量,加入粒度为15mm,N含量为9.05%,C含量为2.0%,Mn含量为42%,Si含量为21%,P≤0.20%,S≤0.045%,余量为Fe的球状增氮剂;
D、出钢完毕,向钢包中的钢水吹入常规量的氮200秒,之后加钢包覆盖剂,将钢水吊至连铸平台在R9m 5机5流小方坯铸机上浇铸成150mm×150mm小方坯,中间包温度控制为1535℃,采用典型拉速浇铸,拉速控制为2.3m/min,二冷采用中冷控制,得化学成分(质量分数)如下的钢坯:
C:0.20%、Si:0.35%Mn:1.35%、N:0.066%、
V:0.014%、Nb:0.019%、S:0.019%、P:0.033%,
其余为Fe以及不可避免的不纯物。
实施例2
A、将温度为1285℃的铁水、废钢及生铁按常规加入50吨LD氧气转炉后进行顶底复合吹炼,同时按常规加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球、化渣剂进行造渣,渣量控制为70kg/t钢,采用单渣法吹炼;
B、冶炼至终点并控制:终点碳含量为0.07%,出钢温度为1685℃,终渣(∑FeO%)≤25%,出钢采用挡渣锥挡渣出钢,钢包渣层厚度≤50mm;
C、在吹氮及搅拌条件下出钢,同时:
先按0.85kg/t钢的量,将Si含为28.6wt%,Ca含量为12.3wt%,Ba含量为9.4wt%的复合脱氧剂投入钢包底;
出钢至1/3时,按19.6kg/t钢的量,加入Mn含量为77.5wt%的锰铁,以及按8.2kg/t钢的量,加入Si含量为74.0wt%的硅铁,并在出钢至3/4前加完;
在最后出钢过程中,按0.50kg/t钢的量,加入Nb含量为67.5wt%的球状铌铁,以及按0.30kg/t钢的量,加入粒度为20mm,V含量为79.5%,N含量为15.0%,C含量为3.5%,P≤0.15%,S≤0.040%,余量为Fe的球状钒氮合金,再按1.10kg/t钢的量,加入粒度为25mm,N含量为11.5%,C含量为2.5%,Mn含量为44%,Si含量为23%,P≤0.20%,S≤0.045%,余量为Fe的球状增氮剂;
D、出钢完毕,向钢包中的钢水吹入常规量的氮400秒,之后加钢包覆盖剂,将钢水吊至连铸平台在R9m 5机5流小方坯铸机上浇铸成150mm×150mm小方坯,中间包温度控制为1535℃,采用典型拉速浇铸,拉速控制为2.3m/min,二冷采用中冷控制,得化学成分(质量分数)如下的钢坯:
C:0.25%、Si:0.54%Mn:1.55%、N:0.085%、
V:0.025%、Nb:0.032%、S:0.024%、P:0.031%,
其余为Fe以及不可避免的不纯物。
实施例3
A、将温度为1250℃的铁水、废钢及生铁按常规加入50吨LD氧气转炉后进行顶底复合吹炼,同时按常规加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球、化渣剂进行造渣,渣量控制为65kg/t钢,采用单渣法吹炼;
B、冶炼至终点并控制:终点碳含量为0.06%,出钢温度为1700℃,终渣(∑FeO%)≤25%,出钢采用挡渣锥挡渣出钢,钢包渣层厚度≤50mm。;
C、脱氧合金化:
先按0.75kg/t钢的量,将Si含量为28.6wt%,Ca含量为12.3wt%,Ba含量为9.4wt%的复合脱氧剂投入钢包底;
出钢至1/4时,按19.1kg/t钢的量,加入Mn含量为76.5wt%的锰铁,以及按8.0kg/t钢的量,加入Si含量为73.0wt%的硅铁,并在出钢至3/4前加完;
在最后出钢过程中,按0.40kg/t钢的量,加入Nb含量为66.5wt%的球状铌铁,以及按0.20kg/t钢的量,加入粒度为180mm,V含量为78.4%,N含量为13.9%,C含量为3.2%,P≤0.15%,S≤0.040%,余量为Fe的球状钒氮合金,再按0.90kg/t钢的量,加入粒度为20mm,N含量为10.3%,C含量为2.2%,Mn含量为43%,Si含量为22%,P≤0.20%,S≤0.045%,余量为Fe的球状增氮剂;
D、出钢完毕,向钢包中的钢水吹入常规量的氮300秒,之后加钢包覆盖剂,将钢水吊至连铸平台在R9m 5机5流小方坯铸机上浇铸成150mm×150mm小方坯,中间包温度控制为1535℃,采用典型拉速浇铸,拉速控制为2.3m/min,二冷采用中冷控制,得化学成分(质量分数)如下的钢坯:
C:0.23%、Si:0.46%、Mn:1.47%、N:0.0075%、
V:0.019%、Nb:0.028%、S:0.034%、P:0.037%,
其余为Fe以及不可避免的不纯物。
用上述实施例1、实施例2、实施例3得到的钢坯,在不同的轧制条件下分别轧制,即可得到富氮铌钒微合金化的500MPa和550MPa两个级别的高强度抗震钢筋,各钢筋的力学性能见表1。
表1为富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋力学性能指标。
Claims (2)
1.一种富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋,具有下列质量分数的化学成分:
C:0.20~0.25wt%, Si:0.35~0.55wt%,
Mn:1.35~1.58wt%, V:0.013~0.025wt%,
Nb:0.019~0.032wt%,N:0.065~0.085wt%,
S≤0.040wt%,P≤0.040wt%,
其余为Fe及不可避免的不纯物。
2.一种如权利要求1所述富氮铌钒微合金化500MPa、550MPa高强度抗震钢筋的冶炼方法,其特征在于经过下列工艺步骤:
A、将温度≥1250℃的铁水、废钢及生铁按常规加入LD氧气转炉中,按常规进行顶底复合吹炼,同时加入活性石灰、轻烧白云石、菱镁球、化渣剂进行造渣,控制渣量为60~70kg/t钢;
B、冶炼至终点并控制:终点碳含量≥0.05%,出钢温度为1670~1700℃,终渣中的∑FeO%≤25%;
C、在吹氮及搅拌条件下出钢,同时:
先按0.60~0.85kg/t钢的量,将Si含为28.6wt%,Ca含量为12.3wt%,Ba含量为9.4wt%的复合脱氧剂投入钢包底;
出钢至1/4~1/3时,按18.9~19.6kg/t钢的量,加入Mn含量为75.0~77.5wt%的锰铁,以及按7.8~8.2kg/t钢的量,加入Si含量为72.0~74.0wt%的硅铁,并在出钢至3/4前加完;
在最后出钢过程中,按0.30~0.50kg/t钢的量,加入Nb含量为65.0~67.5wt%的铌铁,以及按0.17~0.30kg/t钢的量,加入粒度为15~20mm,V含量为77.5~79.5%,N含量为12.0~15.0%,C含量为3.0~3.5%,P≤0.15%,S≤0.040%,余量为Fe的钒氮合金,再按0.70~1.10kg/t钢的量,加入粒度为15~25mm,N含量为9.0~11.5%,C含量为2.0~2.5%,Mn含量为42~44%,Si含量为21~23%,P≤0.20%,S≤0.045%,余量为Fe的增氮剂;
D、出钢完毕,向钢包中的钢水吹入常规量的氮200~400秒,之后加钢包覆盖剂,按常规进行浇铸,得化学成分如下的钢坯:
C:0.20~0.25wt%, Si:0.35~0.55wt%,
Mn:1.35~1.58wt%, V:0.013~0.025wt%,
Nb:0.019~0.032wt%,N:0.065~0.085wt%,
S≤0.040wt%, P≤0.040wt%,
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